ALBERT

Note: Contents Preface and acknowledgments The book website www.cambridge.org/smylie 1 Introduction and theoretical background 1.1 Scalar, vector and tensor analysis 1.2 Separation of vector fields 1.3 Vector spherical harmonics 1.4 Elasticity theory 1.5 Linear algebraic systems 1.6 Interpolation and approximation 2 Time sequence and spectral analysis 2.1 Time domain analysis 2.2 Linear optimum Wiener filters 2.3 Frequency domain analysis 2.4 Fourier series and transforms 2.5 Power spectral density estimation 2.6 Maximum entropy spectral analysis 3 Earth deformations 3.1 Equilibrium equations 3.2 The reciprocal theorem of Betti 3.3 Radial equations: spheroidal and torsional 3.4 Dynamical equations 3.5 Solutions near the geocentre 3.6 Numerical integration of the radial equations 3.7 Fundamental, regular solutions in the inner core 4 Earth's rotation: observations and theory 4.1 Reference frames 4.2 Polar motion and wobble 4.3 The dynamics of polar motion and wobble 4.4 Nutation and motion of the celestial pole 5 Earth's figure and gravitation 5.1 Historical development 5.2 External gravity and figure 5.3 Equilibrium theory of the internal figure 5.4 Gravity coupling 6 Rotating fluids and the outer core 6.1 The inertial wave equation 6.2 Dynamics of the fluid outer core 6.3 Scaling of the core equations 6.4 Compressibility and density stratification 7 The subseisniic equation and boundary conditions 7.1 The subseismic wave equation 7.2 Deformation of the shell and inner core 8 Variational methods and core modes 8.1 A subseismic variational principle 8.2 Representation of the functional 8.3 Finite element support functions 8.4 Boundary conditions and constraints 8.5 Numerical implementation and results 8.6 Rotational splitting and viscosity 8.7 A viscosity profile for the outer core 9 Static deformations and dislocation theory 9.1 The elasticity theory of dislocations 9.2 The theory for realistic Earth models 9.3 Changes in the inertia tensor and the secular polar shift Appendix A Elementary results from vector analysis A.1 Vector identities A.2 Vector calculus identities A.3 Integral theorems Appendix B Properties of Legendre functions B.1 Recurrence relations B.2 Evaluation of Legendre functions Appendix C Numerical Earth models C.1 The Earth models References Fortran index Subject index

Note: Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2024 , 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Wissenschaftlicher Beitrag der Arbeit 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Grundlagen 2.1 Geodätische Bezugssysteme 2.1.1 Geometrische Bezugssysteme 2.1.2 Physikalische Höhenbezugssysteme 2.2 Bodenbewegungen 2.2.1 Ursachen von Bewegungsvorgängen 2.2.2 Bisherige Untersuchungen in Niedersachsen 2.3 Messverfahren zur Erfassung von Bodenbewegungen 2.3.1 Global Navigation Satellite System GNSS 2.3.2 Geometrisches Nivellement 2.3.3 Radarinterferometrie 2.4 Prozesskette zur flächenhaften Modellierung von Bodenbewegungen 2.4.1 Anforderungen 2.4.2 Konzeption 2.4.3 Datenanalyse unterschiedlicher Messverfahren 2.4.4 Flächenhafte Modellierung 2.5 Ausgewählte Bodenbewegungsdienste 2.6 Mathematische Grundlagen 2.6.1 Stochastische Prozesse 2.6.2 Parameterschätzung im Gauß-Markov-Modell 3 Fortgeschrittene Modellansätze zur Beschreibung von Bodenbewegungen 3.1 Bewegungsmodellierung von Objektpunkten 3.1.1 Modellkonfiguration 3.1.2 Analyse periodischer Bewegungsanteile 3.2 Räumliche Ausreißeranalyse 3.3 Multilevel B-Splines zur flächenhaften Bewegungsmodellierung 3.3.1 B-Spline Approximation 3.3.2 Multilevel B-Spline Approximation 3.4 Geostatistik zur flächenhaften Bewegungsmodellierung 3.4.1 Experimentelles Variogramm 3.4.2 Theoretisches Variogramm 3.4.3 Ordinary Kriging 3.4.4 Regressions-Kriging 3.5 Modellvalidierung 3.5.1 Kreuzvalidierung 3.5.2 Jackknife 3.5.3 Bootstrapping 4 Kinematische Bewegungsanalyse von Objektpunkten 4.1 Analyse von GNSS-Daten 4.1.1 Prozesskette für das Koordinatenmonitoring des Referenzstationsnetzes 4.1.2 Datengrundlage 4.1.3 Ausreißerfilterung 4.1.4 Zeitreihenanalyse 4.1.5 Berechnung von 3D-Geschwindigkeiten 4.1.6 Interpretation und Wertung 4.2 Analyse von Nivellementdaten 4.2.1 Modellansatz der kinematischen Höhenausgleichung 4.2.2 Datengrundlage 4.2.3 Datenaufbereitung 4.2.4 Berechnung von Vertikalgeschwindigkeiten 4.2.5 Interpretation und Wertung 4.3 Analyse von PSI-Daten 4.3.1 Datengrundlage 4.3.2 Zeitreihenanalyse 4.3.3 Berechnung von LOS-Geschwindigkeiten 4.3.4 Räumliche Ausreißerfilterung 4.3.5 Interpretation und Wertung 5 Flächenhafte Modellierung von PSI-Daten 5.1 Multilevel B-Spline Approximation 5.1.1 Modellkonfiguration 5.1.2 Flächenhaftes Bewegungsmodell 5.2 Ordinary Kriging 5.2.1 Räumliche Strukturanalyse 5.2.2 Flächenhaftes Bewegungsmodell 5.3.1 Trendmodell 5.3.2 Signalmodell 5.3.3 Flächenhaftes Bewegungsmodell 5.4 Vergleich der Modellansätze 6 Berechnung eines niedersächsischen Bodenbewegungsmodells 6.1 Aufnahmegeometrie von Radarsatelliten 6.2 Geodätische Modellkalibrierung 6.2.1 Bestimmung von Korrektionswerten 6.2.2 Flächenhaftes Korrektionsmodell 6.2.3 Kalibriertes Bewegungsmodell 6.3 Trennung der Bodenbewegungskomponenten 6.3.1 Methodik 6.3.2 Flächenhafte Vertikalbewegungen 6.3.3 Flächenhafte Horizontalbewegungen 6.3.4 Interpretation und Wertung 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick Inhaltsverzeichnis Anhang A Kinematische Bewegungsanalyse von Objektpunkten A.1 Analyse von GNSS-Daten A.2 Analyse von Nivellementdaten A.3 Analyse von PSI-Daten B Flächenhafte Modellierung von PSI-Daten B.1 Multilevel B-Spline Approximation B.2 Ordinary Kriging B.3 Regressions-Kriging B.4 Vergleich der Modellansätze C Berechnung eines niedersächsischen Bodenbewegungsmodells C.1 Geodätische Modellkalibrierung C.2 Trennung der Bodenbewegungskomponenten Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Danksagung Lebenslauf

Note: Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2024 , 1 Introduction 1.1 Motivation and problem statemen 1.2 Research objectives and key hypotheses 1.3 Structure of the thesis 2 Theoretical background 2.1 Visual communication with maps 2.2 Route choice factors 2.3 Cartographic symbolization 2.3.1 Visual variables 2.3.1.1 Levels of organization of visual variables 2.3.1.2 ‘Original visual variables’ as proposed by Bertin 2.3.1.3 Visual variable additions 2.3.1.4 Experimental visual variables 2.3.1.5 Conjunctions of visual variables 2.3.1.6 Dynamic visual variables 2.3.2 Cartographic design tools 2.3.3 Visual metaphor 2.3.4 Cartographic generalization and map abstraction 2.3.4.1 Insights from cognitive mapping research 2.3.4.2 Elementary processes of cartographic generalization 2.3.4.3 Cartographic generalization algorithms 2.4 Nudging 2.5 Maps and emotions 2.5.1 Classifying emotions 2.5.2 Instruments for measuring emotions 2.6 Map-related usability testing 2.6.1 Types of user study designs 2.6.2 Statistical analysis of user survey results 2.6.2.1 Descriptive statistics 2.6.2.2 Basic statistical tests and models 2.6.2.3 Sophisticated statistical models for non-parametric data 2.6.2.4 Statistical significance 2.6.2.5 Main effect and post-hoc tests 2.6.2.6 Effect sizes 2.6.2.7 Inter-rater reliability 2.6.2.8 Software for statistical analysis 3 Related work 3.1 Visual route communication using visual variables 3.2 Cartographic generalization for route map communication 3.3 Map-based visualization of environmental hazards 3.4 The role of emotions in map-based communication 3.5 Research gap addressed in this thesis 4 Framework and data preprocessing 4.1 Research framework 4.2 Scenarios 4.2.1 Traffic 4.2.2 Air quality 4.3 Routing 4.3.1 Data basis for route calculation 4.3.2 Calculation of favorable routes 4.3.3 Routing results 5 Visualization concepts for designing ‘social’ route maps 5.1 Map symbols 5.2 Data-based calculation of graphical differences in symbolization 5.3 Visually modified geometry 5.3.1 Line distortion and simplification 5.3.1.1 Line distortion 5.3.1.2 Line simplification 5.3.1.3 Combined approach 5.3.1.4 Topological issues and further adaptions 5.3.2 Length distortion using PUSH 5.3.3 Application to discrete areas: Geometric deformation of risk zones 5.4 Examples of route map design variants 5.4.1 Design variants for symbolizing route favorability 5.4.2 Application of the methodology to discrete objects 6 Usability evaluation of proposed route map design variants 6.1 User study 1: Subjective usability – Attractiveness, intuitiveness and suitability of design variants 6.1.1 Sub-hypotheses 6.1.2 Study design 6.1.3 Participants 6.1.4 Results – Intuitiveness and suitability 6.1.5 Results – Attractiveness 6.1.6 Discussion and conclusion – User study 1 6.2 User study 2: Objective usability – Effectiveness of line objects for influencing route choice in the traffic scenario 6.2.1 Common design specifications in user study 2 and user study 3 6.2.2 Sub-hypotheses 6.2.3 Route maps 6.2.4 Design variants 6.2.5 Calculation of graphical differences among design variants and modification intensities 6.2.6 Study design 6.2.7 Participants 6.2.8 Results – User study 2 6.2.8.1 Influencing route choice 6.2.8.2 Decision time 6.2.8.3 Route characteristics 6.2.8.4 Map use habits 6.2.9 Discussion – User study 2 6.2.9.1 Effectiveness for influencing route choice behavior 6.2.9.2 The role of time during decision making 6.2.9.3 Relations between route choice and route characteristics 6.2.9.4 Transferability of the findings to real world applications 6.2.10 Conclusion – User study 2 6.2.11 Modification of line objects using dynamic visual variables 6.3 User study 3: Objective usability – The impact of visual communication and emotions on route choice decision making using modification of line and area objects 6.3.1 Sub-hypotheses 6.3.2 Route maps 6.3.3 Design variants 6.3.3.1 Line modifications 6.3.3.2 Area modifications 6.3.3.3 Line + area modifications 6.3.4 Study design 6.3.5 Participants 6.3.6 Results – User study 3 6.3.6.1 H1: Shift towards choosing the societally favorable route 6.3.6.2 H2: Scenario-dependent willingness to adapt route choice behavior 6.3.6.3 H3: Scenario-dependent effectiveness of symbolization dimensions 6.3.6.4 H4: Influence of combining multiple visual variables in one representation 6.3.6.5 H5: Emotional responses to map symbols 6.3.6.6 H6: Effect of emotions on route choice decision making 6.3.6.7 Helpfulness of map visualizations 6.3.6.8 Route choice strategies 6.3.6.9 Text-based sentiment analysis 6.3.6.10 Suitability of visualizations 6.3.6.11 Further factors influencing route choice 6.3.7 Discussion – User study 3 6.3.7.1 Influence of different design variants on route choice 6.3.7.2 The effect of emotions on route choice 6.3.7.3 Limitations of the study design 6.3.7.4 Outlook 6.3.8 Conclusion – User study 3 7 Interactive web-based visualization of route maps 7.1 Application architecture 7.2 User interface and functionalities 7.3 User assessment to usability of the application 7.4 Usability test – Results 7.5 Limitations and future adaptions 8 Implications of the findings 8.1 Agreement with key hypotheses 8.2 Assessment regarding successful design variants for influencing route choice towards a societally favorable route 8.3 Limitations and challenges 8.4 Suggestions for future research 8.5 Summary and contribution of the dissertation Appendix Bibliography Curriculum vitae Acknowledgments

Note: Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 2024 , Abkürzungsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik im Bereich der Vermessung von Schienenanlagen der Intralogistik 2.1 Elemente von Schienenanlagen der Intralogistik 2.1.1 Schienen und Profilstähle 2.1.2 Schienenlagerungssysteme 2.1.3 Schienenstöße, Festpunkte, Endbegrenzer, An- und Einbauten 2.1.4 Schienengebundene Krane 2.2 Rechtlicher Rahmen, Richtlinien und klassische Zustandsgrößen 2.2.1 Rechtlicher Rahmen 2.2.2 Richtlinien 2.2.3 Klassische Zustandsgrößen 2.2.4 Kritische Betrachtung 2.3 Vermessung von Schienenanlagen der Intralogistik 2.3.1 Koordinatensystem 2.3.2 Vermessung mit Theodolit, Bandmaß und Nivellier 2.3.3 Alignierverfahren mit Laser 2.3.4 Vermessung mit Tachymeter oder Lasertracker 2.3.5 Automatisierte Systeme mit georeferenzierendem Sensor 3 Grundlagen zur Bestimmung der geometrischen Zustandsgrößen von Profilen 3.1 Rekursive Filterung im Zustandsraum 3.1.1 Wahrscheinlichkeiten, Satz von Bayes, Verteilungen 3.1.2 Bayes Filter 3.1.3 Kalman Filter 3.1.4 Extended Kalman Filter 3.1.5 Unscented Kalman Filter 3.1.6 Unscented Rauch Tung Striebel Smoother 3.1.7 Fazit 3.2 Geometrische Modellierung von Kurven 3.2.1 Polynome 3.2.2 Splines 3.2.3 B-Splines 4 Profilvermessungssystem 4.1 Neue Zustandsgrößen 4.2 Sensorik 4.2.1 Georeferenzierender Sensor 4.2.2 Profillaserscanner 4.2.3 Kameras 4.2.4 Inklinometer 4.2.5 Inertiale Messeinheit 4.2.6 Encoder 4.2.7 Ultraschallsensoren 4.2.8 Sensorintegration 4.3 Profilvermessungssystem 4.3.1 Plattform 4.3.2 Antriebseinheit 4.3.3 Seitenführung 4.3.4 Schwingen 4.3.5 Halterung Sensorik 4.3.6 Drehvorrichtung für Reflektor 4.4 Erreichbare Messunsicherheiten 4.5 Datensynchronisierung und Datenhaltungskonzept 4.5.1 Anforderung an die Synchronisierung 4.5.2 Synchronisierung über die Zeit 4.5.3 Synchronisierung im Objektraum 4.5.4 Datenhaltungskonzept 4.6 Kalibrierung 4.6.1 Komponentenkalibrierung 4.6.2 Systemkalibrierung 5 Zustandsgrößen einer überarbeiteten VDI 3576 5.1 Messdatenerfassung und -aufbereitung 5.1.1 Messdatenerfassung 5.1.2 Orientierungsparameter aus Positionsdaten 5.1.3 Aufbereitung der Lasertracker- oder Tachymeterdaten 5.1.4 Korrektur der Beschleunigungswerte von der Erdschwere 5.1.5 Korrektur der Inklinometermesswerte von Beschleunigungseinflüsse 5.1.6 Korrektur der Längs- und Querablage 5.2 Sensorfusion für die Georeferenzierung des Profilmesswagens 5.2.1 Quaternionen 5.2.2 Adaptive Filterung der Inertial Measurment Unit (IMU)-Messwerte 5.2.3 Funktionales Modell 5.2.4 Stochastisches Modell 5.2.5 Steigerung der Zuverlässigkeit der Filterung 6 Testmessung und Validierung des kinematischen Multisensorsystems 6.1 Durchführung einer kinematischen Schienenmessung mit dem Profilvermessungssystem 6.2 Qualitätssicherung des Messprozesses 6.3 Messkampagne I: Messung unter Laborbedingungen 6.3.1 Auswertung 6.3.2 Einfacher Ansatz zum Finden weiterer Zustandsgrößen 6.3.3 Zusammenfassung 6.4 Messkampagne II: Messung unter realen Bedingungen 6.4.1 Messumgebung 6.4.2 Messkonzept und Netzplanung 6.4.3 Ergebnisse und Bewertung der Netzmessung 6.5 Qualitätsaussagen zu dem Profilvermessungssystem 6.5.1 Bewertung der Kalibrierparameter 6.5.2 Einordnung der Ergebnisse der referenzierten Scanprofile 6.5.3 Validierung der referenzierten Profile 6.5.4 Extraktion der praktischen Schienenachspunkte aus den 3D Punktwolken 6.5.5 Zustandsgrößen nach der VDI 3576:2011-03 6.5.6 Kameraufnahmen 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Beurteilung 7.3 Ausblick A Ergänzendes Material A.1 Soll-Ist Vergleich von dem 3D CAD Modell des Kalibrierkörpers und dem mit der Leica T-Scan gescannten 3D Druck A.2 Abtastrate der Sensoren A.3 Ablaufschema für eine Messung mit dem kinematischen Profilvermessungssystem Messsystem A.4 Ergebnisse der Filterung aller Sensordaten. Messkampagne I, 1. Messfahrt (Labor) A.5 Innovationen nach Sensor getrennt. Messkampagne I, 1. Messfahrt (Labor) Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis

Note: Dissertation, Universität Potsdam, 2024 , Table of Contents Summary Deutsche Zusammenfassung 1 Introduction 1.1 Arctic ecosystems under global warming 1.2 The plant-associated microbiome 1.3 Drivers of soil development 1.4 Ancient DNA to unravel past ecosystems 1.4.1 Lake sediments as archives of past community changes 1.4.2 Metabarcoding for targeting specific communities 1.4.3 Shotgun sequencing for broader overview 1.5 Thesis objective 1.6 Thesis outline and author contributions 2 Manuscript I 2.1 Abstract 2.2 Introduction 2.3 Materials and Methods 2.3.1 Primer design and evaluation In silico analyses Evaluation of lake sediment core DNA for analyses of fungal paleoecology 2.4 Results Primer design and evaluation Evaluation of lake sediment core DNA for fungal paleoecology 2.4.1 Taxonomic resolution across the cores 2.4.2 Comprehensiveness: Rarefaction and accumulation curves 2.4.3 Amplicon length and GC content to assess bias through degradation 2.4.4 General taxonomic composition of fungi in Siberian lake sediment cores Diversity of fungal paleocommunities from lake CH12 2.5 Discussion 2.5.1 Preservation biases and potential contamination 2.5.2 Characteristics of the optimized sedaDNA ITS1 metabarcoding assay 2.5.3 Potential of lake sediment fungal DNA for paleoecology 2.6 Author contributions 2.7 Acknowledgements 2.8 Conflict of interest 2.9 References 3 Manuscript II 3.1 Abstract 3.2 Introduction 3.3 Geographic setting and study sites 3.4 Materials and Methods 3.4.1 Sampling 3.4.2 DNA extraction and amplification 3.4.3 Bioinformatic analysis 3.4.4 Assessment of negative controls and contamination 3.4.5 Statistical analysis and visualization 3.5 Results 3.5.1 Fungi: sedaDNA sequencing results and overall patterns of alpha diversity and taxonomic composition 3.5.2 Vegetation: sedaDNA sequencing results and overall patterns of alpha diversity and taxonomic composition 3.5.3 Site-specific plant-fungus covariation 3.5.3.1 Fungus and plant covariation in arctic Siberia from MIS3 to the Holocene 3.5.3.2 Quantitative relationships between fungi and plant richness and composition 3.6 Discussion 3.6.1 Fungus and plant diversity along a spatiotemporal gradient in Siberia 3.6.2 Changes in ecosystem functioning over a spatiotemporal gradient 3.6.3 Implications of our results for ecosystem functioning and future research avenues 3.7 Conclusions Funding Availability of data and material Author contribution Declaration of competing interest Acknowledgements 3.8 References 4 Manuscript III 4.1 Abstract 4.2 Introduction 4.3 Results and Discussion 4.3.1 Compositional changes of plants, fungi, and bacteria in ancient metagenomic datasets 4.3.2 Long-term soil development: a trajectory or environmentally driven processes? 4.3.3 Bioweathering supported by lichens and mycorrhiza 4.3.4 Turnover in carbon, nitrogen, and sulphur cycling 4.3.5 Tracing podzolization 4.4 Implications and conclusions 4.5 Material and methods 4.5.1 Geographical setting and study site 4.5.2 X-ray fluorescence scanning of the sediment core 4.5.3 Core sub-sampling 4.5.4 DNA extraction 4.5.5 Single stranded DNA library build 4.5.6 Bioinformatic pipeline for the analysis of the sequencing results 4.5.7 Data analysis 4.5.8 Analysis of the ancient patterns 4.5.9 Statistical analysis of the dataset Acknowledgements 4.6 References Declarations 5 Discussion and synthesis 5.1 Long-term rhizosphere establishment in tundra and taiga areas 5.1.1 SedaDNA as a proxy for soil microbiome 5.1.1.1 Fungal DNA metabarcoding 5.1.1.2 Targeting soil communities with shotgun sequencing 5.1.1.3 Comparison between metabarcoding and shotgun sequencing for the soil microbiome 5.1.2 Fungi-vegetation interaction changes over time 5.1.3 Soil development on a temporal gradient 5.2 Conclusion and future perspectives 6 References 7 Appendix 7.1 Appendix to manuscript I 7.2 Appendix to manuscript II 7.3 Appendix to manuscript III 7.4 Manuscript IV 7.4.1 Abstract 7.4.2 Introduction 7.4.3 Geographical setting and study sites 7.4.4 Material & Methods 7.4.4.1 Sub-sampling of the sediment cores 7.4.4.2 DNA extraction 7.4.4.3 Single stranded DNA library built 7.4.4.4 Bioinformatic pipeline for the analysis of the sequencing data 7.4.4.5 Data analysis 7.4.4.6 Statistical analysis of the datasets 7.4.5 Results 7.4.5.1 Compositional changes of representative plant taxa alongside dynamics in fungal ecologies and bacterial element cycling in ancient metagenomic datasets 7.4.5.2 Impact of abiotic and biotic drivers on soil establishment across geographical locations 7.4.5.3 Relative positive correlations of functional soil taxa with plants across the locations 7.4.5.4 Assessment of the plant taxon-specific microbiome across the locations 7.4.6 Discussion 7.4.6.1 Site-specific soil development 7.4.6.2 Differences in the bedrock 7.4.6.3 Correlation between the lake biota 7.4.6.3.1 General Trends in positively correlated rhizosphere taxa 7.4.6.3.2 Plant taxa specific microbiome 7.4.7 Implications and future directions 7.4.8 References 7.4.9 Supplement to manuscript IV Acknowledgements Eidesstattliche Erklärung Damage pattern analysis – Auflagen Doktorarbeit Summary Main References